课时作业(11) 裂变和聚变（Word练习）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

课时作业(11)裂变和聚变 [对应学生用书P138] 1．核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，有一种核裂变方程为U＋n―→X＋Sr＋10n.关于裂变反应及上述裂变反应产物，下列说法正确的是(　　) A．裂变反应中亏损的质量变成了能量 B．裂变反应出现质量亏损导致质量数不守恒 C．X原子核中有54个中子 D．X原子核比铀核的比结合能大 D　[在裂变反应中亏损的质量以能量的形式释放出来，不是亏损的质量变成了能量，故A错误；裂变反应中，电荷数守恒、质量数守恒，故B错误；根据电荷数守恒知X的电荷数为92－38＝54，即质子数为54，根据质量数守恒X的质量数为235＋1－94－10×1＝132，故其中子数为132－54＝78，故C错误；中等核的比结合能较大，知X原子核比铀核的平均结合能大，故D正确．] 2．在众多的裂变反应中，有一种反应方程为U＋n―→Ba＋Kr＋aX，其中X为某种粒子，a为X的个数，则(　　) A．X为中子，a＝2　　　　　　 B．X为中子，a＝3 C．X为质子，a＝2 D．X为质子，a＝3 B　[由质量数、核电荷数守恒得U＋n―→Ba＋Kr＋3n，所以X为中子，a＝3，故B正确．] 3．(2020·全国卷Ⅱ)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H―→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　) A．40 kg B．100 kg C．400 kg D．1 000 kg C　[6个氘核聚变可释放43.15 MeV能量，故1 kg海水中的氘核全部发生聚变释放的能量为Q1＝43.15×1.6×10－13×J，质量为M的标准煤燃烧释放的热量为Q2＝M×2.9×107 J，因Q1＝Q2，解得M≈400 kg，C正确，A、B、D错误．] 4．铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应是U＋n―→Ba＋Kr＋3n，下列说法正确的有(　　) A．上述裂变反应中伴随着α粒子放出 B．铀块体积对链式反应的发生无影响 C．铀核的链式反应可人工控制 D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响 C　[由铀核反应方程知，没有α粒子产生，故A错误；铀块的体积必须达到临界体积才能发生链式反应，故B错误；核反应堆的铀核链式反应的速度可人工控制，故C正确；放射性元素的半衰期由核本身的因素决定，与环境温度无关，故D错误．] 5．中国科学家吴宜灿获得2018年欧洲聚变核能创新奖，获奖理由：开发了一种新的基于CAD的粒子传输软件，用于核设计和辐射安全计算．下列关于聚变的说法中，正确的是(　　) A．同样质量的物质裂变时释放的能量比同样质量的物质聚变时释放的能量大很多 B．裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加 C．核反应堆产生的能量来自轻核聚变 D．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大 D　[根据聚变与裂变的特点可知，同样质量的物质聚变时释放的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多，故A错误；裂变过程有质量亏损，聚变过程质量也亏损，故B错误；核反应堆产生的能量来自重核裂变，故C错误；在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故D正确．] 6．中科院等离子体研究所发布消息，我国“人造太阳”项目获得重大突破，首次实现加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300千焦，在电子回旋与低杂波协同加热下，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度．“人造太阳”的主要核反应方程是H＋H―→He＋n，关于该反应下列说法正确的是(　　) A．该反应为链式反应 B．该反应为热核反应 C．该反应过程吸收热量 D．He的比结合能比H、H的比结合能都小 B　[该反应为聚变反应，又称为热核反应，A错误，B正确；该反应过程放出热量，C错误；比结合能越大原子核越稳定，He的比结合能比H、H的比结合能都大，D错误．] 7．(多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯，终止了铀的裂变链式反应．但海啸摧毁了机组的冷却系统，因裂变遗留的产物铯、钡等继续衰变不断释放能量，核燃料温度不断上升，对周边环境产生了巨大的危害．则下列说法正确的是(　　) A．控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制 B．日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量被污染的海水外泄，对周边环境产生了巨大的危害 C．核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大 D．核泄漏中放射性物质对人类是有害的 ABD　[控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项A正确：日本后来向反应堆灌注海水，大量被污染的海水外泄，泄漏的放射性物质对周边环境产生了巨大的危害，选项B、D正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子的质量比铀原子质量小，故C错误．] 8．科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3”(即He)，它是热核聚变的重要原料．如果月球开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．已知氦3核与氘核发生聚变反应有质子流产生． (1)写出核反应方程． (2)若该反应中质量亏损为9.0×10－30 kg，且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能(聚变前粒子的动能可忽略不计). 解析　(1)核反应方程式为： He＋H―→H＋He. (2)核反应过程中质量亏损为Δm， 根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2， 可得释放的能量ΔE＝9.0×10－30×(3×108)2 J＝8.1×10－13 J. 答案　(1)He＋H―→H＋He (2)8.1×10－13 J 9．铀核(U)经过m次α衰变和n次β衰变变成铅核(Pb)，关于该过程，下列说法中正确的是(　　) A．m＝5，n＝4 B．铀核(U)的比结合能比铅核(Pb)的比结合能小 C．衰变产物的结合能之和小于铀核(U)的结合能 D．铀核(U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关 B　[衰变方程为U―→Pb＋mα＋nβ，则235＝207＋4m，解得m＝7，又92＝82＋7×2－n，得n＝4，故选项A错误；衰变后的产物相对于衰变前的物质要稳定，所以铀核衰变成另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于铀核的结合能，铅核(Pb)的比结合能大于铀核(U)的比结合能，故B正确，C错误；原子核的半衰期与环境的温度、压强等无关，故D错误．] 10．(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X＋Y―→He＋H＋4.9 MeV和H＋H―→He＋X＋17.6 MeV.下列表述正确的有(　　) A．X是中子 B．Y的质子数是3，中子数是6 C．两个核反应都没有质量亏损 D．氘和氚的核反应是核聚变反应 AD　[设X、Y，由质量数守恒和电荷数守恒有：A＋A′＝4＋3，2＋3＝A＋4，Z＋Z′＝2＋1，1＋1＝2＋Z，可得A＝1，A′＝6，Z＝0，Z′＝3，故X是中子，Y是Li，A正确；由Li知Y的质子数、中子数都是3，故B错误；两个核反应中都释放了能量，故都有质量亏损，C错误；氘和氚的核反应中质量较小的核合成了质量较大的核，故D正确．] 11．(多选)在某核反应堆中，在铀棒(U)周围放置重水作为“慢化剂”，已知重水的原子核质量是中子的20倍，中子与重水原子核每次碰撞都可看成是弹性碰撞，且每次碰撞前重水原子核都可以认为是静止的．则下列说法正确的是(　　) A．铀棒周围放置“慢化剂”的目的是使中子减速 B．U裂变产生2～3个中子，这些中子再与其他U发生核反应，会形成链式反应 C．中子与重水的原子核碰撞一次后速率为原来的 D．中子与重水的原子核碰撞10次后速率为原来的 ABD　[铀235发生裂变的条件是有慢中子轰击，而核反应结束后的中子的速度都比较快，所以铀棒周围放置“慢化剂”的目的是使中子减速，故A正确；根据产生链式反应的条件，结合U裂变的特点可知，U裂变产生2～3个中子，这些中子再与其他U发生核反应，会形成链式反应，故B正确；中子与重水原子核每次碰撞都可看成是弹性碰撞，选取中子运动的初速度v0的方向为正方向，设中子的质量为m，则 由动量守恒定律得：mv0＝mv1＋msvs 由动能守恒得：mv 20＝mv＋msv 2s 由于ms＝20m 联立可得：v1＝v0，故C错误；结合C选项的分析可知，每一次碰撞后，中子的速度都变成碰撞前的，所以中子与重水的原子核碰撞10次后速率为原来的，故D正确．] 12．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 2 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，1 u＝1.66×10－27 kg. (1)写出氘和氚聚变的反应方程； (2)试计算这个核反应释放出来的能量； (3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗的氘的质量(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果保留两位有效数字). 解析　(1)H＋H―→He＋n (2)根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016 2－4.002 6－1.008 7)×1.66×10－27×(3.0×108)2 J≈2.8×10－12 J (3)每个氘原子质量 mD＝2.014 1×1.66×10－27 kg＝3.34×10－27 kg 核聚变电站产生的电能Pt＝η·ΔE 则m＝·mD 代入数据得m≈23 kg. 答案　(1)H＋H―→He＋n (2)2.8×10－12 J　(3)23 kg 学科网（北京）股份有限公司 $$